1、第十章 机械与人 复习课件思维感悟成体系回眸教材析知识 1杠杆杠杆 直接搬动很重的大石头很困难，利用撬棒就可以较容易直接搬动很重的大石头很困难，利用撬棒就可以较容易办到，在力的作用下，撬棒就是能绕着一个固定点转动的硬办到，在力的作用下，撬棒就是能绕着一个固定点转动的硬棒，叫棒，叫 。撬棒属于省力杠杆，但是费。撬棒属于省力杠杆，但是费了了 ；用筷子夹食物，筷子就是一种费力杠杆，只要手指稍微一动用筷子夹食物，筷子就是一种费力杠杆，只要手指稍微一动，筷子就可以夹很多东西，虽然费了筷子就可以夹很多东西，虽然费了 ，但但省了省了 ，使操作更加方便。使操作更加方便。杠杆杠杆距离距离距离距离力力 2滑轮和滑
2、轮组滑轮和滑轮组 观察人们生活中利用简单机械的情景，有时人们利用动观察人们生活中利用简单机械的情景，有时人们利用动滑轮，目的是省滑轮，目的是省 ，但费了，但费了 ；有时利用定滑；有时利用定滑轮，不省力，但改变了轮，不省力，但改变了 ，使操作更为，使操作更为方便方便。要想即省力又改变力的方向，要想即省力又改变力的方向，就可以将两者组合，组成就可以将两者组合，组成 ，起重机上的滑轮组合就是实例之一。，起重机上的滑轮组合就是实例之一。力力距离距离滑轮组滑轮组力的方向力的方向 3功的必要因素功的必要因素 某同学踢足球，球离开脚后飞出某同学踢足球，球离开脚后飞出10m远，足球飞出远，足球飞出10m的的过
3、程中人不做功。物理学中规定：功等于过程中人不做功。物理学中规定：功等于 的乘积。功包括两个必要因素：作的乘积。功包括两个必要因素：作用在物体上的用在物体上的 ；物体在；物体在 的方向上通过的距离。的方向上通过的距离。不做功的三种情况：有力无距离，例如提重物却没有提起；不做功的三种情况：有力无距离，例如提重物却没有提起；有距离无力，弹珠在水平桌面上被弹出继续前进，但人没有有距离无力，弹珠在水平桌面上被弹出继续前进，但人没有做功；力和距离垂直，例如物体在水平冰面上匀速滑行，水做功；力和距离垂直，例如物体在水平冰面上匀速滑行，水平方向没有力做功，此时虽然有重力作用在物体上，但重力平方向没有力做功，此
4、时虽然有重力作用在物体上，但重力方向与物体运动方向垂直没有做功。方向与物体运动方向垂直没有做功。力跟物体在力力跟物体在力的方向上通过的距离的方向上通过的距离力力力力 4功的原理功的原理 事实告诉我们，使用扳手拧螺丝要省力必须费事实告诉我们，使用扳手拧螺丝要省力必须费 ，钓鱼时要省距离必须费钓鱼时要省距离必须费 ，既，既 的机械的机械是没有的。使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用是没有的。使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功，即：手所做的功，即：。使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以机械或者可以 、或者
5、可以、或者可以 、也可以改变、也可以改变 ，给人类工作带来很多方便。，给人类工作带来很多方便。理想理想机械（忽略机械（忽略摩擦和机械本身的摩擦和机械本身的重力）：重力）：使用机械时，使用机械时，人们所做的人们所做的功（功（Fs）直接用手对重物所做的直接用手对重物所做的功功（Gh）。）。距离距离力力省力又省距离省力又省距离使用任何机械都不省功使用任何机械都不省功等于等于力的方向力的方向省距离省距离省力省力 5功率功率 功率是指机械在功率是指机械在 里完成的功，里完成的功，表示表示做功做功 的的物理量。例如，某小轿车功率物理量。例如，某小轿车功率66kW，它表示：小轿车，它表示：小轿车1s内做功内
6、做功66000J。对于功率一定的机械，对于功率一定的机械，由公式由公式PFv可知，当速度越可知，当速度越小时，产生的拉力越大，小时，产生的拉力越大，例如：例如：汽车汽车载重上坡时，要挂低挡来获得较大的拉力。载重上坡时，要挂低挡来获得较大的拉力。6机械效率机械效率 （1）机械效率）机械效率是指有用功跟总功的是指有用功跟总功的 。不同机械的机械。不同机械的机械效率表达式及其特点：效率表达式及其特点：单位时间单位时间快慢快慢比值比值tW 公式：公式：斜面：斜面：定滑轮：定滑轮：动滑轮：动滑轮：滑轮组：滑轮组：（2）提高）提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间机械效率的方法：减小机械自重、减小机
7、件间的摩擦。的摩擦。W有用有用W总总GhFLGhFsGhFhGFGhGhFsF2h2FGGnFFnhGhGhFs 7机械能及其转化机械能及其转化 荡秋千人处于最高点时，由于人被举高而具有荡秋千人处于最高点时，由于人被举高而具有 能；能；下降过程中，高度减小，重力势能下降过程中，高度减小，重力势能 ，速度逐渐增大，速度逐渐增大，动能动能 ，即人的重力势能向动能转化；到达最低点，人，即人的重力势能向动能转化；到达最低点，人的速度最大，动能最大，高度最小，重力势能最小；继续向的速度最大，动能最大，高度最小，重力势能最小；继续向最高点上升过程中，最高点上升过程中，又转化为又转化为 ；再次；再次到达最高
8、点时，动能减小到零，转化的重力势能最大。转化到达最高点时，动能减小到零，转化的重力势能最大。转化过程中，若没有能量损失，机械能的总量不变，即两者之和过程中，若没有能量损失，机械能的总量不变，即两者之和不变，这就是机械能守恒。不变，这就是机械能守恒。动能不仅与速度有关，还与物体的质量有关，速度相同动能不仅与速度有关，还与物体的质量有关，速度相同时，质量越大，动能越时，质量越大，动能越 ，同速行驶的火车动能大于汽，同速行驶的火车动能大于汽车的动能；重力势能不仅与高度有关，还与物体的质量有关，车的动能；重力势能不仅与高度有关，还与物体的质量有关，高度相同时，质量越大，重力势能也越高度相同时，质量越大
9、，重力势能也越 ，高度相同的，高度相同的铁钉和铁锤，铁钉重力势能要铁钉和铁锤，铁钉重力势能要 铁锤的重力势能。铁锤的重力势能。重力势重力势减小减小增大增大动能动能小于小于大大大大重力势能重力势能 典例典例1：杠杆平衡条件的探究和应用：杠杆平衡条件的探究和应用 例例1在验证杠杆平衡条件时，某实验小组得到了如图在验证杠杆平衡条件时，某实验小组得到了如图101所示的杠杆平衡状态，已知每个钩码的质量均相等。所示的杠杆平衡状态，已知每个钩码的质量均相等。典例精析把方向图图101 （1）若）若钩码所挂位置不动，将左边的钩码去掉一个，钩码所挂位置不动，将左边的钩码去掉一个，为使杠杆仍然保持平衡，右边的钩码该
10、拿掉为使杠杆仍然保持平衡，右边的钩码该拿掉 个。个。（2）杠杆）杠杆的的平衡条件平衡条件为为 。2动力动力动力臂阻力动力臂阻力阻力臂阻力臂 例例2如图如图102所示，杠杆所示，杠杆OA可绕支点可绕支点O转动，转动，B处挂一处挂一重物重物G，A处作用一竖直向上的力处作用一竖直向上的力F。当杠杆和竖直墙之间的夹。当杠杆和竖直墙之间的夹角逐渐增大时，为了使杠杆平衡，角逐渐增大时，为了使杠杆平衡，则（则（）A.F大小不变，但大小不变，但FG B.F大小不变，但大小不变，但FG C.F逐渐减小，但逐渐减小，但FG D.F逐渐增大，但逐渐增大，但FGA图图102 解析解析当当杠杆和竖直墙之间夹角逐渐增大时
11、，由于杠杆和竖直墙之间夹角逐渐增大时，由于动力动力是是竖直向上的，所以动力臂和阻力臂的比值是不变的，由杠竖直向上的，所以动力臂和阻力臂的比值是不变的，由杠杆杆平衡条件平衡条件可知，力的大小不变。可知，力的大小不变。方法点拨：方法点拨：本题属于动态平衡问题，解决此类问题的关键在于找到本题属于动态平衡问题，解决此类问题的关键在于找到不变量和动态量。根据杠杆平衡条件不变量和动态量。根据杠杆平衡条件F1L1F1L2，代入不变，代入不变量，进而判断动态量的变化情况。量，进而判断动态量的变化情况。F1F2L2L1 典例典例2：滑轮组的应用与设计：滑轮组的应用与设计 例例3请在图请在图103中画出用滑轮组提
12、升重物，拉力中画出用滑轮组提升重物，拉力F的绳子的绕法的绳子的绕法。（不计。（不计动滑轮重、绳重和动滑轮重、绳重和摩擦）摩擦）答案答案 如图所示如图所示图图103 方法点拨：方法点拨：关于滑轮组关于滑轮组提升（或提升（或水平水平拉）物体拉）物体时，承担重物绳子时，承担重物绳子的的股股数的判断和根据题目的具体要求设计滑轮组的组装的数的判断和根据题目的具体要求设计滑轮组的组装的解题解题步骤步骤：根据公式：根据公式n ，求出绳子的股数；，求出绳子的股数；利利用用“奇动偶定奇动偶定”原则解决相关问题。原则解决相关问题。G物物+G动动F 典例典例3：功的计算：功的计算 例例4如图如图104所示，用水平力
13、所示，用水平力F拉着重为拉着重为100N的物体，的物体，在水平地面上向右匀速移动了在水平地面上向右匀速移动了5m，物体所受地面的摩擦力，物体所受地面的摩擦力大小为大小为20N，则（则（）A重力做的功是重力做的功是500J B拉力大小为拉力大小为100N C拉力大小为拉力大小为120N D拉力做的功为拉力做的功为100JD图图104 方法点拨：方法点拨：计算功的大小时，要特别注意：力与距离二者要在同一计算功的大小时，要特别注意：力与距离二者要在同一个方向上。还要注意通过物体的平衡条件判断物体的受力情个方向上。还要注意通过物体的平衡条件判断物体的受力情况，求力的大小。况，求力的大小。典例典例4：功
14、率的测量：功率的测量 例例5如图如图105所示，粗略测量小明同学引体向上运动所示，粗略测量小明同学引体向上运动的功率时，下列物理量不需要测量的的功率时，下列物理量不需要测量的是（是（）A小明的质量小明的质量 B单杠的高度单杠的高度 C每次身体上升的高度每次身体上升的高度 D做引体向上的时间做引体向上的时间B图图105 方法点拨：方法点拨：测量功率的大小的思路：根据功率的计算公式测量功率的大小的思路：根据功率的计算公式P 确定所需测量的物理量，测量功率需要得到功和对应确定所需测量的物理量，测量功率需要得到功和对应做功做功所所需要的时间，测量功时注意力和距离的对应。需要的时间，测量功时注意力和距离
15、的对应。Wt 典例典例5：机械效率的探究：机械效率的探究 例例6用如图用如图106所示的实验装置测量杠杆的机械效率。所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。面的钩码缓缓上升。图图106 （1）实验）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为为 N，钩码总重，钩码总重G为为1.0N，钩码上升高度，钩码上升高度h为为0.1m，测力计移动距离测力计移动距离s为为0.3m，则杠杆的机械效率为，则杠杆的机械效率为%。请写出使用该杠杆做额外功的一
16、个原因：请写出使用该杠杆做额外功的一个原因：。（2）为了）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并两点，测量并计算得到下表所示的两组数据。计算得到下表所示的两组数据。实验实验次数次数钩码悬钩码悬挂点挂点钩码总钩码总重重G/N钩码移钩码移动距离动距离h/m拉力拉力F/N测力计测力计移动距移动距离离s/m机械效机械效率率/%1A点点1.50.100.70.3071.42B点点2.00.151.20.3083.30.566.7使用杠杆时需要克使用杠杆时需要克服杠杆服杠
17、杆自重（克服摩擦力）等自重（克服摩擦力）等做功做功 根据表中数据，能否得出根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高重有关，钩码越重其效率越高”的结论？答：的结论？答：；请；请简要说明两条理由：简要说明两条理由：；。方法点评：方法点评：杠杆的机械效率：杠杆的支点改变，悬挂点的改变都会使杠杆的机械效率：杠杆的支点改变，悬挂点的改变都会使额外功的大小改变，即克服杠杆自重所做的功改变。额外功的大小改变，即克服杠杆自重所做的功改变。不能不能两次实验时钩码没有挂在同一位置两次实验时钩码没有挂在同一位置 仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的仅根据
18、一次对比实验所得结论是不可靠的 典例典例6：机械能的转化：机械能的转化 例例7同学们都玩过秋千吧，闭上眼睛，同学们都玩过秋千吧，闭上眼睛，那种时高时低的感觉如同在飞那种时高时低的感觉如同在飞你知道其中你知道其中能量的转化吗？图能量的转化吗？图107是小孩荡秋千的示意是小孩荡秋千的示意图，下列分析正确的图，下列分析正确的是（是（）C图图107 A小孩在小孩在A点具有最大动能点具有最大动能 B小孩从小孩从C荡到荡到B的过程中，动能转化为势能的过程中，动能转化为势能 C小孩从小孩从B荡到荡到C的过程中，动能转化为势能的过程中，动能转化为势能 D小孩从小孩从A荡到荡到B的过程中，在的过程中，在B点的机
19、械能大于点的机械能大于A点的点的机械能机械能 方法点拨：方法点拨：判断动能、势能的转化时，首先看变化前的物体所具有的判断动能、势能的转化时，首先看变化前的物体所具有的能的状态，再看变化后物体所具有的能的状态，前后比较就可能的状态，再看变化后物体所具有的能的状态，前后比较就可以判断哪种能发生了变化，由何种能转化为何种能。以判断哪种能发生了变化，由何种能转化为何种能。1如图如图108所示是安置在小区门口的栏杆的示意图，当所示是安置在小区门口的栏杆的示意图，当在在A处施加一个动力时，可将栏杆拉起来，它是一处施加一个动力时，可将栏杆拉起来，它是一根（根（）A省力杠杆省力杠杆B费力杠杆费力杠杆 C等臂杠
20、杆等臂杠杆 D无法确定无法确定实战演习成高手B图图108 解析解析当当在在A处施加一个动力时，左侧立柱是支点，杆处施加一个动力时，左侧立柱是支点，杆的重心在杆的中间，则阻力臂约为杆长的一半，而动力臂的重心在杆的中间，则阻力臂约为杆长的一半，而动力臂只是只是A点到支点的距离，所以动力臂远远小于阻力臂，属点到支点的距离，所以动力臂远远小于阻力臂，属于费力杠杆。于费力杠杆。2将一个省力的机械和一个省距离的机械组装成一个将一个省力的机械和一个省距离的机械组装成一个组合机械，当利用这个组合机械做功组合机械，当利用这个组合机械做功时时（）A一定不能省功一定不能省功 B一定可以省力一定可以省力 C一定可以省
21、距离一定可以省距离 D一定能省功一定能省功A 3如图如图109所示的四种情景中，人对物体做功的所示的四种情景中，人对物体做功的是是（）B图图109解析解析A、C、D选项中有力没有距离，所以不做功。选项中有力没有距离，所以不做功。4中考体育跳绳项目测试中，小明同学在中考体育跳绳项目测试中，小明同学在1min内跳内跳了了120次，则他跳绳时的功率大约次，则他跳绳时的功率大约是（是（）A.0.5W B.5W C.50W D.500W 解析解析小小明体重约明体重约500N，每次升高，每次升高5cm，P50W。CWt500N0.05m12060s 5如图如图1010所示，用所示，用F50N的水平拉力，通
22、过一的水平拉力，通过一个动滑轮，使重为个动滑轮，使重为200N的物体的物体A水平向右匀速移动了水平向右匀速移动了3m，在这个过程，在这个过程中（中（）A拉力拉力F做了做了150J的功的功 B拉力拉力F做了做了300J的功的功 C重力做了重力做了600J的功的功 D重力做了重力做了1200J的功的功 B图图1010 6如图如图1011所示是某跳水运动员正在进行训练的情所示是某跳水运动员正在进行训练的情景，从起跳至落到水面的过程中，运动员的动能与重力势景，从起跳至落到水面的过程中，运动员的动能与重力势能变化的情况能变化的情况是（是（）A.动能动能一直减小，重力势能一直增大一直减小，重力势能一直增大
23、 B.动能动能一直增大，重力势能一直减小一直增大，重力势能一直减小 C.动能动能先增大后减小，重力势能先减小后增大先增大后减小，重力势能先减小后增大 D.动能动能先减小后增大，重力势能先增大后减小先减小后增大，重力势能先增大后减小D图图1011 7如图如图1012所示，若人手拉力所示，若人手拉力F50N，则货物重，则货物重 N（不（不考虑动滑轮和考虑动滑轮和摩擦），摩擦），A钩所受的拉力为钩所受的拉力为 N，B钩所受的拉力为钩所受的拉力为 N。100图图101250100 8某人在水平地面上用某人在水平地面上用100N的水平推力推动重的水平推力推动重500N的的物体，使物体以物体，使物体以0.
24、2m/s的速度匀速移动了的速度匀速移动了3m，地面对物体的，地面对物体的摩 擦 力 是摩 擦 力 是 N，此 人 对 物 体 做 的 功 是，此 人 对 物 体 做 的 功 是 J，功率是，功率是 W。10030020 9如图如图1013所示，运动员射箭时用力将弓斜向上拉所示，运动员射箭时用力将弓斜向上拉开，在放开箭的瞬间，弓的开，在放开箭的瞬间，弓的 能转化为箭的能转化为箭的 能，箭在空中向上飞行的过程中，箭的能，箭在空中向上飞行的过程中，箭的 能能增大。增大。图图1013弹性势弹性势重力势重力势动动 10如图如图1014所示，在课桌的所示，在课桌的C点用最小的力把桌点用最小的力把桌腿腿B抬
25、离地面，在抬起时桌腿抬离地面，在抬起时桌腿A没有滑动，请在没有滑动，请在C点画出这点画出这个力的示意图，并标出它的力臂个力的示意图，并标出它的力臂L。图图1014 答案答案如如图所示图所示 11小芳同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面小芳同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系，的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系，如图如图1015所示，她首先测出小车重，然后用弹簧测力计沿所示，她首先测出小车重，然后用弹簧测力计沿斜面拉动小车。调节斜面倾角斜面拉动小车。调节斜面倾角的大小，多次测量，得到下表的大小，多次测量，得到下表所示的
26、数据：所示的数据：图图1015 （1）请）请你替小芳在上表中的空格处填上适当的数据。你替小芳在上表中的空格处填上适当的数据。斜面斜面倾倾斜角斜角小车小车重重G/N斜面斜面高高h/m斜面斜面长长s/m拉力拉力F/N有用有用功功W有有/J总功总功W总总/J机械机械效效率率1250.212.112.148%3050.513.62.569%4550.714.33.54.33.681%（2）分析）分析上表中的数据，可以得出的探究结论是：斜上表中的数据，可以得出的探究结论是：斜面倾斜角面倾斜角越大，越大，。（3）实验）实验过程中拉力的方向应过程中拉力的方向应与斜面与斜面 。（4）若）若想探究斜面的机械效率
27、与物重的关系，则要想探究斜面的机械效率与物重的关系，则要保保持持 不变，斜面的光滑程度不变，只改变不变，斜面的光滑程度不变，只改变 。机械效率越大机械效率越大平行（保持一致）平行（保持一致）斜面倾斜角斜面倾斜角 小车重小车重 12江西省三清山是我国著名的道教圣地和旅游景点。江西省三清山是我国著名的道教圣地和旅游景点。三清山索道全长三清山索道全长2426m，上、下高度差约，上、下高度差约600m，单个吊车，单个吊车载满两人后的总重是载满两人后的总重是2500N。以单个吊车载满两人为。以单个吊车载满两人为例，试回答下列问题例，试回答下列问题。图图1016 （1）吊车）吊车与索道的接触面积以与索道的
28、接触面积以0.01m2计，索道上挂吊车计，索道上挂吊车处的钢索承受的压强是多大？处的钢索承受的压强是多大？（2）单个）单个吊车从索道最高处运行到最低处，吊车和人的吊车从索道最高处运行到最低处，吊车和人的重力做多少功？重力做多少功？（3）若）若单个吊车从索道最高处运行到最低处，用时单个吊车从索道最高处运行到最低处，用时20min，吊车和人的重力做功的功率是多少？，吊车和人的重力做功的功率是多少？答案答案（1）2.5105Pa（2）1.5106J （3）1250W 解析解析（1）p2.5105Pa；（2）WGh2500N600m1.5106J；（3）P 1250W。FS2500N0.01m2Wt1.5106J1200s谢 谢
